粘度指數(shù)改進劑對柴油機活塞沉積物影響的探討楊筱虹1，蘇雨2，徐玉芝（ 1.中國石油大慶潤滑油一廠，黑龍江大慶163711 2.中國石油大慶潤滑油二廠，黑龍江大慶163711）積物的影響，闡明了粘度指數(shù)改進劑的分子量、加入量及結(jié)構(gòu)組成和沉積物的生成關(guān)系。
　　1前言目前，我國車用柴油機迫切需求優(yōu)質(zhì)節(jié)能型中高檔潤滑油品。多級油具有四季通用、延長換油期及機械的使用壽命、節(jié)省燃料和機油等特點。多級油是由兩個粘度級別構(gòu)成的，具有發(fā)動機油SAE粘度級別中冬用油的低溫粘度特性和夏用油的高溫粘度特性，這個效果是由于加入了油溶性聚合物型的粘度指數(shù)改進劑，但是粘度指數(shù)改進劑的加入會促使發(fā)動機沉積物的生成。目前，國內(nèi)外常用的粘度指數(shù)改進劑類型有：聚甲基丙烯酸酯（ PMA）、聚異丁烯（ PIB）、乙丙共聚物（ OCP）。本文闡述了這幾種粘度指數(shù)改進劑對柴油機活塞沉積物的生成機理的影響，并論述了各種化學(xué)組成的粘度指數(shù)改進劑在柴油機油里的使用，對研制中高檔柴油機油有一定的參考價值。

　　2柴油機沉積物的生成在討論柴油機沉積物時，核心問題是活塞環(huán)部積炭和漆膜沉積物影響發(fā)動機正常工作，它們使活塞環(huán)的密封作用變壞，引起卡環(huán)，結(jié)果導(dǎo)致串漏氣增加，壓縮比降低、燃油耗增大。有關(guān)分析結(jié)果表明，生成物中各種元素的濃度為潤滑油中元素濃度總平均的25倍。隨著潤滑油中元素濃度的增加而頂環(huán)槽沉積物中的元素量也有增加的趨勢，由此看出添加劑除有抑制沉積物生成的作用外，也是沉積物生大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，多年從事潤滑油研制和技術(shù)服務(wù)工作，獲省部級科技進步獎4項，已公開發(fā)表論文5篇。

　　潤滑油成的直接原因。活塞沉積物的生成，在理論上可以認為是由3個因素引起： （ 1）串漏氣 （ 2）潤滑油自身氧化 （ 3）潤滑油與串氣的復(fù)雜反應(yīng)。其生成機理如的頂環(huán)之間的界面等部位，導(dǎo)致黑色沉積物的生成，這些沉積物按其組成特點可劃分為：環(huán)槽積炭：煙炱膠質(zhì)活塞成漆：膠質(zhì)煙炱油泥：煙炱膠質(zhì)水分。

　　其中加下劃線的為主要成分。

　　由此可見，無膠質(zhì)不成沉積物，此處的膠質(zhì)是指油品高溫氧化催化作用后聚合的含氧烴或高分子量的聚酯，所以說粘度指數(shù)改進劑是沉積物生成的一個組成部分。

　　3粘度指數(shù)改進劑的作用多級油中粘度指數(shù)改進劑的高聚物分子因溫度不同而具有不同的形態(tài)，當(dāng)油中的溫度升高時，高聚物的油溶性增大，長鏈高聚物伸展，體積和表面積增大，給溶液分子運動造成較大的內(nèi)摩擦，使液體粘度不至于因溫度升高而下降很快，反之，在溫度降低時高聚物在油中的溶解度變小，分子鏈逐漸收縮卷曲，體積變小，對溶液內(nèi)摩擦的影響減小。因而粘度增加不多，正是基于粘度指數(shù)改進劑在不同溫度下具有不同的油溶性才起到改善潤滑油粘溫性的作用。

　　在通常情況下，由于汽車發(fā)動機的機械負荷和熱負荷都很高，特別是柴油機工作條件比較苛刻，其活塞頂部溫度可達300左右。當(dāng)油品長期在這樣的高溫、機械剪切速率下，油中粘度指數(shù)改進劑分子過度伸展，并發(fā)生分子鏈斷裂生產(chǎn)大自由基，在大分子的弱處最易破裂，含過氧基、支鏈及位置雙鍵的大分子，所形成的大自由基又可能進一步分裂成單體分X，從而造成粘度指數(shù)改進劑機械解聚和熱解聚。與此同時，在強酸和氧的存在下，發(fā)生了氧化和其它化學(xué)反應(yīng)，結(jié)果生成了漆膜和積炭。

　　4粘度指數(shù)改進劑分子量及濃度的影響在配制多級油時，為滿足其低溫性能的要求，需選用低粘度的基礎(chǔ)油，但多級油還要求具有一定的高溫粘度，這就需要加入一定量的粘度指數(shù)改進劑，以提高油品的粘溫性能，彌補基礎(chǔ)油粘度的不足。

　　尤其是對一些粘度跨度大的油品，其粘度指數(shù)改進劑的添加量就較多，隨著粘度指數(shù)改進劑濃度的增加，就會導(dǎo)致沉積物的生成量增加。另外，活塞壁溫的升高及粘度指數(shù)改進劑分子量對沉積物的生成也潤滑油有一定的影響。如圖2、圖3所示。

　　從圖2、圖3可以看出：以聚異丁烯為例，隨著其分子量和濃度的增大以及活塞壁溫的升高，漆膜和積炭的生成量逐漸增加。

　　機油漆膜和積炭生成的影響卡特皮勒1G發(fā)動機試驗證明，對某些類型的粘度指數(shù)改進劑來說，抗剪切性能越好稠化能力越低，而所需添加量也越多，頂環(huán)槽的沉積物及漆膜評分是隨著粘度指數(shù)改進劑加入量的增加而變壞的，聚合物化學(xué)組成相同時，隨加入量的增加其沉積物生成量至少也是成比例的增加，但對化學(xué)組成不同的聚合物，還需進一步探討。

　　5不同化學(xué)結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)改進劑的影響內(nèi)燃機油在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，高溫會引起油中的粘度指數(shù)改進劑解聚、裂解而自身氧化并促進油品的氧化，加速油品衰敗，因此使發(fā)動機出現(xiàn)積炭和粘環(huán)等現(xiàn)象，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)取決于粘度指數(shù)改進劑本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)，我們對不同結(jié)構(gòu)的粘度指數(shù)改進劑： PMA、PIB和OCP，采用差熱分析方法（ TGA）進行熱氧化安定性測試，結(jié)果見圖4.

　　由圖4可以看出，聚甲基丙烯酸酯熱氧化安定性最差，乙丙共聚物最好，聚異丁烯居中。不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的粘度指數(shù)改進劑熱穩(wěn)定性及熱氧化安定性不同，它們對油品的清凈性以及柴油機活塞沉積物的生成情況影響也不同，如表1、表2所示。

　　油品名稱粘指劑類型成焦板焦重/ mg成漆板/級熱管氧化/級注：成焦板試驗條件：油溫100 ，板溫 ，時間3h，開15s，停成漆板試驗條件：油溫100 ，板溫330 ，時間6h，連續(xù)運轉(zhuǎn)熱管氧化試驗條件：溫度、時間4h、氧氣流量1. 6mL/發(fā)動機試驗結(jié)果SAE粘度級增粘劑類型頂環(huán)槽充炭率/ 加權(quán)總評分/分由表1、表2可知，幾種粘度指數(shù)改進劑對油品清凈性以及柴油機活塞沉積物的生成影響由大到小順序為： PMA、PIB、OCP.在油品清凈性影響方面，性能相當(dāng)。即熱氧化安定性好的粘度指數(shù)改進劑對楊筱虹等。粘度指數(shù)改進劑對柴油機活塞沉積物影響的探討沉積物生成的影響小，而熱氧化安定性差的粘度指數(shù)改進劑對沉積物生成的影響較大。

　　6不同種類的OCP對油品清凈性的影響通過以上探討， OCP的熱氧化安定性、成焦傾向性以及對柴油機活塞沉積物的生成影響最好。另外， OCP具有較強的稠化能力，較好的粘溫性、剪切安定性和經(jīng)濟性。OCP按其性能可分為兩類：一種是分散型OCP，如EXXON公司的ECA8358和石油化工科學(xué)研究院研制的低氮分散性乙丙共聚物同廠家生產(chǎn)的OCP熱氧化性能不盡相同。因此，我們對各種OCP熱氧化性能和清凈性能進行了研究，結(jié)果見表3.

　　OCP類型成焦板/ mg熱管氧化/級評定頂環(huán)槽充炭率/ 加權(quán)評分/分分散型OCP1分散型OCP2非分散型OCP1非分散型OCP2非分散型OCP3非分散型OCP4由表3可以看出：分散型OCP1和非分散型OCP2在熱管、成焦板以及5 D發(fā)動機評定表現(xiàn)均較好。非分散型OCP1、非分散型OCP4和分散型OCP2次之，非分散型OCP3最差。根據(jù)不同粘度、質(zhì)量等級油品的需要，以及對其它性能的要求，可選用不同種類的OCP.

　　7結(jié)論（ 1）粘度指數(shù)改進劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與柴油機活塞沉積物有關(guān)，使用化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的粘度指數(shù)改進劑結(jié)果有所不同，其中以乙丙共聚物為最好。

　　（ 2）活塞沉積物還和所探討的粘度指數(shù)改進劑的分子量和濃度有關(guān)，在調(diào)試多級油時，應(yīng)選擇稠化能力強、熱穩(wěn)定性好的粘度指數(shù)改進劑，并適當(dāng)增加清凈分散劑和抗氧抗腐劑的用量，以克服粘度指數(shù)改進劑帶來的不利影響，調(diào)配出滿足中、高檔柴油機油性能要求的油品。